CN110036224B - 流体静压机械面密封件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可控泄漏的流体静压机械密封件，其消除了接触摩擦源；有利地，将接触摩擦力定位成与密封面质心对齐；优化密封面设计以实现最大流体静压膜刚度和对径向锥度的最小灵敏度；消除不必要的O形环和其他显著的力变化源；利用面向制造设计方法设计硬件，可以稳定地制造该硬件达到精确公差；优化双三角通道密封，以实现足够的压缩、最小的摩擦阻力和最大的耐磨性；消除了周向波动的来源，如螺栓预载和其他非轴向对称特征；并且，热隔离不同材料的部件以减轻由于不同的热膨胀而引起的变形。

Description

流体静压机械面密封件
技术领域
本发明总体涉及旋转轴密封件，更具体地说，本发明涉及可控泄漏的机械面密封件。
背景技术
在压水式核电站中，反应堆冷却剂系统用于将热量从反应堆堆芯传输到蒸汽发生器以产生蒸汽。然后，蒸汽用来驱动涡轮发电机以产生有用功。反应堆冷却剂系统包括多条单独的冷却回路，每条冷却回路连接到反应堆堆芯并且容纳蒸汽发生器和反应堆冷却剂泵。
反应堆冷却剂泵通常是竖直的单级离心泵，其设计成在高温和高压下(例如550℉(288℃)和约2,250psia(155巴)的压力)下移动大量反应堆冷却剂。泵基本上从下到上包括三个常规部分：液压部分、轴封部分和马达部分。下部的液压部分包括安装在泵轴下端部的叶轮，该叶轮可在泵壳内操作，以围绕相应的回路泵送反应堆冷却剂。上部的马达部分包括马达，该马达被联接以驱动泵轴。中间的轴封部分包括三个串联的密封组件；下部第一(1号密封件)、中间第二密封组件和上部第三密封组件。密封组件定位成与泵轴同心并且靠近泵轴的顶端部，并且它们的组合目的是在正常操作条件下提供沿泵轴到安全壳气氛的最少量的反应堆冷却剂泄漏。在美国专利No.3,522,948、3,529,838、3,632,117、3,720,222和4,275,891中描述了现有技术中已知的泵轴密封组件的代表性示例。
机械地密封在固定泵压力边界和旋转轴之间的交界面的泵轴密封组件必须能够包含高系统压力(大约2,250psi(155bar))，而没有过多的泄漏。在一种商业设计中，使用三个密封组件的串联布置来分阶段地衰减压力。这三个机械泵密封组件是受控的泄漏密封件，其在操作中允许在每个阶段出现最小量的受控泄漏，同时防止反应堆冷却剂从一次冷却剂系统过度泄漏到相应的密封引漏口。
商用压水式反应堆常常采用流体静压机械面密封件来实现反应堆冷却剂泵的马达部分和液压部分之间的受控泄漏密封。这些密封件设计成允许来自一次冷却剂系统的受控且稳定的泄漏量，同时通过密封面之间的薄流体膜保持恒定分离而经受最小的磨损。通过密封件的泄漏取决于面的几何形状和机械设计以及密封流体的热力学状态。核反应堆设备操作员试图通过反应堆冷却剂泵密封件保持每分钟3加仑的标称体积泄漏率。该泄漏量足够大以提供足够的缓冲/冷却水流通过泵的上部内部构件；然而，它足够小以便通过化学和体积控制系统进行补偿，使得反应堆冷却剂系统库存保持在平衡状态。
通过密封件的体积泄漏率主要由密封件的各部件的制造尺寸、相邻部件的交界面处的接触摩擦力以及由密封流体的操作温度和压力产生的机械和热弹性变形来确定。由于设备操作员希望通过反应堆冷却剂泵密封件保持稳定的泄漏率，因此必须优化密封件的设计，使得制造公差、接触摩擦力以及机械和热弹性变形对密封件泄露率产生最小的可能影响。
发明内容
总体上，本发明提出一种受控泄漏的机械面密封件，其具有：第一密封支撑环，该第一密封支撑环构造成固定到泵的旋转轴以与旋转轴一起旋转，所述轴旋转具有轴向长度；第一面板，所述第一面板被支撑在第一密封支撑环的一侧上并且在第一面板的相对侧上具有密封表面。静压机械面密封件还具有第二密封支撑环，该第二密封支撑环构造成一定轴向运动度地固定到围绕旋转轴的壳体的内部；和第二面板，所述第二面板被支撑在第二密封支撑环的一侧上并在第二面板的相对侧上具有第二密封表面，其中第二密封表面定位成与第一密封表面并置。第一密封支撑环与第一面板之间的第一交界面和第二密封支撑环与第二面板之间的第二交界面构造成使得：在泵操作期间，第一密封表面和第二密封表面上的流体静力足以在无任何机械力作用下将第一面板保持成抵靠第一密封支撑环并且将第二面板保持成抵靠第二密封支撑环，在其间存在受控的泄漏路径。
在一个实施例中，本发明提供了一种泵，该泵具有带轴向长度的可旋转轴并且具有壳体，所述壳体具有环形内壁，该环形内壁围绕可旋转轴的轴向长度的至少一部分并与所述至少一部分间隔开。在两侧上具有面的第一密封支撑环固定地附接到可旋转轴、围绕可旋转轴延伸并且与可旋转轴一起旋转。第一密封支撑环具有：轴向延伸的第一凸部，所述第一凸部位于在毗邻可旋转轴的径向内端部处或附近的一个面上；轴向延伸的环形的第一密封支撑环护罩，所述第一密封支撑环护罩位于第一密封支撑环的所述一个面的外端部处或附近。在第一密封支撑环护罩的周边轴向端处或附近的唇缘朝向可旋转轴延伸。第一密封支撑环的所述一个面中的环形第一凹部在第一凸部和第一密封支撑环护罩之间延伸。第一面板在与第一密封支撑环上的所述一个面相对的一个端部处被支撑在第一凸部的至少一部分上、且与可旋转轴间隔开。第一面板在外侧上具有径向延伸的突伸部，该突伸部装配在第一密封支撑环护罩上的唇缘下方，其中，第一凸台位于第一密封支撑环护罩上的内壁上或者在第一面板的外侧上、位于唇缘下方且与唇缘间隔开，使得在第一密封环护罩和第一面板之间形成间隔部。第一面板具有与一个端部轴向相对、形成第一密封表面的另一端部，其中，第一密封表面轴向延伸超过第一密封支撑环护罩上的唇缘，并且第一面板围绕可旋转轴延伸并且与可旋转轴一起旋转。在两侧具有面的第二密封支撑环以一定轴向移动自由度地固定到壳体的内部、与可旋转轴间隔开且至少部分地围绕可旋转轴延伸。第二密封支撑环具有：轴向延伸的第二凸部，所述第二凸部位于一个面上、在毗邻可旋转轴的径向内端部处或附近；轴向延伸的环形的第二密封支撑环护罩，所述第二密封支撑环护罩位于第二密封支撑环的所述一个面的外端部处或附近，其中，第二密封支撑环的周边轴向端处或附近的唇缘朝向可旋转轴延伸。在第二密封支撑环的所述一个面中的第二环形凹部在第二凸部与第二密封支撑环护罩之间延伸。第二面板在与第二密封支撑环上的所述一个面相对的一个端部处被支撑在第二凸部的至少一部分上且与可旋转轴间隔开，其中，第二面板的所述一个端部基本上跨越第二凹部并且在第二面板的外侧上具有径向延伸的突伸部，该突伸部装配在第二密封支撑环护罩上的唇缘下方。第二凸台处于第二密封支撑环护罩上的内壁上或在第二面板的外侧上、位于第二密封支撑环护罩的唇缘下方且与第二密封支撑环护罩的唇缘间隔开，第二凸台形成第二密封支撑环护罩与第二面板之间的间隔部。第二面板具有与第二密封支撑环轴向相对、形成第二密封表面的另一端部，其中，第二密封表面轴向延伸超过第二密封支撑环护罩上的唇缘并且与第一密封表面并置，第二面板基本上围绕可旋转轴延伸并且与可旋转轴间隔开。
在一个这样的实施例中，第一密封表面和第二密封表面中的至少一个构造成具有成型表面，该成型表面轴向对称但在径向方向上是不一致的，以在第一密封表面和第二密封表面之间产生非线性压力分布。优选地，第二面板具有第二密封表面，该第二密封表面具有成型表面，该成型表面轴向对称但在径向方向上是不一致的，以在第一密封表面和第二密封表面之间产生非线性压力分布。
在另一个实施例中，第一密封表面和第二密封表面中的至少一个是锥形表面，所述锥形表面在第一密封表面和第二密封表面之间产生会聚角，其中，在外直径处具有最大轴向间隙而在内直径处具有最小轴向间隙。在一个这样的实施例中，第一密封表面和第二密封表面中的至少一个具有阶梯状表面或不一致的纹理表面。
在另一个这样的实施例中，当第一面板上的径向延伸的突伸部装配在第一密封支撑环护罩上的唇缘下方时，在泵操作期间，第一密封支撑环和第一面板构造成基本上没有将机械力施加到第一面板上来将第一面板保持成抵靠第一密封支撑环，并且在泵操作期间，径向延伸的突伸部不接触第一密封支撑环护罩上的唇缘。优选地，在这样的实施例中，泵包括第一O形环和第二O形环中的一者或两者，所述第一O形环在第一凸部与第一面板的所述一个端部的交界面处围绕第一凸部的外侧表面，所述第二O形环在第二凸部与第二面板的所述一个端部的交界面处围绕第二凸部的外侧表面。理想地，第一密封支撑环包括围绕可旋转轴的第一槽，第三O形环在第一槽内围绕可旋转轴，并且第三O形环在第一密封支撑环和可旋转轴之间形成密封；第二密封支撑环包括第二槽，所述第二槽围绕壳体的毗邻所述可旋转轴的部分，并且第四O形环在所述第二槽内、在所述第二密封支撑环与所述壳体的所述一部分之间围绕壳体的所述一部分，而且所述第四O形环在第二密封支撑环和壳体的所述一部分之间形成密封。
本发明还设想具有前述特性的流体静压机械面密封件。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下优选实施例的描述中可以获得对本发明的进一步理解，在所述附图中：
图1是传统核反应堆冷却系统的一个冷却回路的示意图，该传统核反应堆冷却系统包括在闭环系统中与反应堆串联连接的蒸汽发生器和反应堆冷却剂泵；
图2是反应堆冷却剂泵的轴密封部分的剖面透视图，其示出了密封壳体和设置在密封壳体内并且环绕泵轴的下部第一密封组件、中间第二密封组件和上部第三密封组件的横截面；
图3是图2的反应堆冷却剂泵的密封壳体和密封组件的一部分的放大剖视图；
图4是轴密封装置的剖视图，其示出了图2和图3中所示的下部第一密封件的放大视图，本发明可被应用到该下部第一密封件；
图5是本发明的轴封的示意图；
图6是本发明一个实施例的锥形密封面的示意图；
图7是本发明第二实施例的阶梯式密封面的示意图；和
图8是本发明第三实施例的具有不一致轮廓的密封面的示意图。
具体实施方式
在以下描述中，相同的附图标记在若干视图中指定相同或相应的部分。而且，在下面的描述中，应该理解的是，诸如“向前”，“向后”，“向左”，“向右”，“向上”，“向下”等方向的术语为了便捷而不应被解释为限制性术语。
现有技术反应堆冷却泵
为了理解本发明，理解运行本发明的环境是有益的。然而，应该意识到的是本发明具有许多其他应用。参照图1，示出了传统核反应堆冷却剂系统的多个反应堆冷却剂回路10之一的示意图。冷却剂回路10包括在闭环冷却剂系统中与核反应堆堆芯16串联连接的蒸汽发生器12和反应堆冷却剂泵14。蒸汽发生器12包括与蒸汽发生器12的输入室20和输出室22连通的主要热交换管18。蒸汽发生器12的输入室20与反应堆堆芯16的出口流动连通地连接，用于沿着热管段流动路径24从反应堆堆芯接收热冷却剂，所述热管段流动路径24通常称为闭环系统的热管段。蒸汽发生器12的输出室22沿着闭环系统的流动路径26与反应堆冷却剂泵14的入口部分侧流动连通地连接。反应堆冷却剂泵14的出口压力侧与反应堆堆芯16的入口流动连通地连接，用于沿闭环系统的冷管段的流动路径28向反应堆堆芯供给相对冷的冷却剂。
冷却剂泵14在高压下围绕闭环系统泵送冷却剂。特别地，从反应堆堆芯16发出的热冷却剂被引导到蒸汽发生器12的输入室20并通过与输入室连通的热交换管18。当在热交换管18中时，热冷却剂与经由常规装置(未示出)供应到蒸汽发生器12的冷供给水成热交换关系。供给水被加热并将其一部分变为蒸汽以用于驱动涡轮发电机(未示出)。然后，通过热交换已降低温度的冷却剂经由冷却剂泵14再循环到反应堆堆芯16。
反应堆冷却剂泵14必须能够使得大量反应堆冷却剂在高温和高压下围绕闭环系统移动。尽管由于热交换而从蒸汽发生器12流过泵14的冷却剂的温度已经基本上冷却到低于在热交换之前从反应堆堆芯16流到蒸汽发生器12的冷却剂的温度，但是温度仍然相对较高，通常约为550℉(288℃)。为了在这些相对高的温度下将冷却剂保持处于液体状态，系统通过喷射泵(未示出)加压并在约2,250psia(155巴)的压力下操作。
如在图2和图3中看到的，现有技术的反应堆冷却剂泵14通常包括泵壳体30，该泵壳体30在一个端部处终止于密封壳体32中。泵还包括泵轴34，所述泵轴34在泵壳体30的中心延伸并且被密封且可旋转地安装在密封壳体32中。尽管未示出，但是泵轴34的底部部分连接到叶轮，而泵轴的顶部部分连接到高马力的感应式电动马达。当马达使泵轴34旋转时，泵壳体30的内部36内的叶轮使得加压的反应堆冷却剂流过反应堆冷却剂系统。由于密封壳体32的外部被环境大气包围，因此该加压冷却剂在泵轴34上施加向上指的流体静载荷。
为了使泵轴34可在密封壳体32内自由旋转，同时保持泵壳体内部36与密封壳体32外部之间的2,250psia(155巴)压力边界，串联布置的下部第一密封组件38、中间第二密封组件40和上部第三密封组件42在密封壳体32内围绕泵轴34设置在图2和图3所示的位置。执行大部分压力密封(大约2,200psi(152巴))的下部第一密封件38是非接触流体静力型的，而中间第二密封组件40和上部第三密封组件42是接触或摩擦机械型的。
泵14的各密封组件38、40、42通常包括：相应的环形转动件44、46、48，其安装到泵轴34上以随着泵轴旋转；相应的环形密封环50、52、54，其固定地安装在密封壳体32内。相应转动件44、46、48和密封环50、52、54具有相互面对的顶部表面56、58、60和底部表面62、64、66。下部第一密封组件38的转动件44和密封环50的面对表面56、62通常彼此不接触，而是替代地流体膜通常在它们之间流动。另一方面，中间第二密封组件40和上部第三密封组件42的转动件46、48和密封环52、54的面对表面58、64和60、66通常彼此接触或摩擦。
由于主密封组件38通常以薄膜跨接模式(film-riding mode)操作，因此必须进行一些设置以处理在密封壳体32的环形壁33与可旋转地安装到环形壁的泵轴34之间的空间中“泄漏”的冷却流体。因此，如图2所示，密封壳体32包括主引漏口69，而引漏口71接收从第二密封组件40和第三密封组件42泄漏的冷却剂流体。
图4是图2和图3中所示类型的1号密封件或下部第一密封件区域中的密封壳体的横截面，并且提供了对1号密封件的操作及如何将其与本发明相关联的更好理解。所示的结构包括：具有环形壁33的壳体32，该环形壁33适于在壳体32内形成压力室35；轴34，其可旋转地安装在壳体32内；密封转动件组件44和设置在壳体32内的密封环组件50。如前所述，轴34可以由合适的马达(未示出)驱动，并用于驱动离心泵(未示出)的叶轮，所述离心泵使加压系统中的冷却剂循环。注入水可以以比泵产生的压力更高的压力供应到腔室35。转动件组件44包括环形保持器70和环形密封板72。类似地，密封环组件50包括保持器74和环形面板76。
保持器70与轴34一起旋转，因为它安装在环形支撑件78上，该环形支撑件78接合轴34的肩部80并借助于套管82固定到轴上，所述套管82在轴与支撑件78的向上延伸的支腿84之间组装到轴34上，所述支撑件78的横截面大致为L形。应当意识到的是，尽管本发明的该实施例被描述为应用于在泵轴上采用套管的泵，但是本发明也可以同样地用在不采用套管的泵轴上。保持器70上的肩部86搁置在支腿84的上端部上，并且套管82上的肩部88将保持器70保持在支撑件84上。销90被压入套管82中的凹部92中并接合保持器70的轴向狭隙94。轴向夹紧力从螺母(未示出)施加在套管82和支撑件78上，使得套管82和支撑件78与轴34一起旋转。销90继而使保持器70与套管82一起旋转，该套管82随着轴34旋转。O形环密封件96和98分别设置在支撑件78与轴34之间和支撑件78与保持器70之间。O形环密封件100也设置在保持器70和密封板72之间的交界面102中。
密封板72由耐腐蚀和抗腐蚀材料构成，该材料具有与构成保持器70的材料基本相同的热膨胀系数，并且保持器70具有高弹性模量。类似地，面板76由耐腐蚀和抗腐蚀材料构成，该材料具有与具有高弹性模量的保持器74的材料基本相同的热膨胀系数。合适材料的示例是碳化物和陶瓷。O形环密封件104设置在保持器74和面板76之间的交界面106中。
保持器74可移动地安装在环形密封环插入件110的向下延伸的支腿108上，该环形密封环插入件110的横截面大致为L形。插入件110通过有头螺钉112保持在壳体32中。O形环密封件114设置在插入件110和壳体32之间的交界面中。类似地，O形环密封件118设置在保持器74和插入件110的支腿108之间的交界面120中。通过压入插入件110中的销122防止保持器74的旋转运动。销122延伸到保持器74中的凹陷部124中，其中，在凹陷部的壁126与销122之间有足够的间隙，以允许保持器74轴向移动但限制保持器74的旋转运动。
面板76通过夹紧装置128附接到保持器74，该夹紧装置128包括保持环130、夹环132、锁环134、多个有头螺钉136和安装在有头螺钉136上的位于锁环134和夹环132之间的碟形弹簧138。有头螺钉136延伸穿过保持环130、夹环132和蝶形弹簧138并被拧入锁环134中。保持器74的交界面106在140处凹进，以便在小于面板76的交界面的外直径的外直径处在交界面上提供环形支点142。保持环130具有向内延伸的凸缘，该凸缘具有脊状部144，所述脊状部144与面板76的一部分146接合，所述部分146延伸超过支点142。夹环132具有向内延伸的凸缘，所述凸缘具有脊状部148，所述脊状部148使得面板146接合在保持器74上。因此，当拧紧有头螺钉136以拉动夹环132和保持环130朝向彼此时，产生围绕支点142在面板76上施加悬臂效应的力。在夹紧动作期间，蝶形弹簧138被部分地压缩并且面板76因夹紧力而变形。
密封板72通过夹紧装置151以类似于参照面板76描述的方式附接到保持器70。然而，保持器70的交界面102上的支点152较之保持器74上的支点142位于更靠近密封板72的外直径的位置处。因此，密封板72上的夹紧力不会在围绕支点152的面板上产生如产生在面板76上那样大的面板变形。如果期望的话，支点142和152可以相对于它们对应的面板放置在相同的位置处。
如前所述，密封环50安装成相对于轴34和密封转动件组件44进行有限的轴向运动。而且，密封环组件50的旋转运动受到松散地装配在密封环保持器74的凹陷部124中的抗旋转销122的限制。面板76上的密封面154通过重力被朝向密封板72上的面对的密封面156偏压。
在由轴34驱动的泵的操作中，密封环保持器74的表面158和160在高压室35中经受全压。期望的是在高压室35和邻近套管82的环形低压区域162之间提供压力屏障。密封环组件用作压力屏障装置，但允许受控量的流体从压力室35通过分别设置在密封板76和72上的面对的密封表面154和156之间的密封间隙164流动到区域162。
在操作期间，根据密封环组件的相对面上的压力而保持可轴向移动的密封环组件50的平衡或均衡位置。间隙164中的流体厚度以及因此通过间隙164的泄漏流的量由间隙164的构造确定。
为了在密封间隙164变化时获得密封环组件50和转动件组件44的相对位置的自动恢复，从高压边缘或极端位置166至面对密封件的极端位置之间的位置提供厚度逐渐减小的流体流动路径。更具体地，在所示的结构中，厚度减小的流体流动路径在外边缘166和位于密封面154上的中间同心圆168之间延伸。
如本结构所示，通过在面板76的圆168和外边缘166之间略微远离密封板72上的面的面对表面156使表面154逐渐变细以形成逐渐减小的流动路径厚度。图中所示的表面154和156之间的角度被夸大。这种构造或结构称为锥面密封。在1967年10月17日授予ErlingFrisch的美国专利No.3,347,552中充分描述了这种密封件的操作。
因此，反应堆冷却剂泵和利用旋转轴在诸如马达的驱动器和过程流体之间传递机械能的类似机器需要使用轴封(如上所述)，以便当轴穿过过程边界时沿着轴隔离该过程流体。静压、平衡的机械面密封件通常用于该应用，特别是在需要高可靠性、可控泄漏和有限磨损的情况下应用。这种密封件使用两个接口构件，其中一个固定到旋转轴上，而另一个固定到固定壳体上。每个构件都具有精确设计的“密封面”，其在小的轴向间隙处彼此交接，使得密封面彼此不接触，但是泄漏被控制到可管理的水平。
本发明的改进密封
如图5所示，本发明的密封件也采用两个相对的组件：旋转组件226固定到泵轴230，固定组件228固定到壳体232。每个组件包括陶瓷密封面板212、210，其由基座支撑环204、222和支撑护罩234、236支撑。泵的过程流体位于密封件的外表面上，内表面连接到低压排出系统。泄漏从外直径到内直径通过密封面之间的轴向间隙，并且压力沿着从过程流体的压力到排出系统的压力的线路减小。
为了适应泵轴230相对于壳体232的轴向运动(例如由于机械激励或有差异的热膨胀可能发生的轴向运动)，固定组件228在轴向方向上不受约束并且可以自由平移。固定组件228相对于旋转组件226的轴向位置通过作用在固定组件上的力的平衡来建立。过程流体的压力在动态O形环202外部作用在固定组件228的顶表面上，并且排出系统的压力在动态O形环202内部作用在固定组件228的顶表面上。由这些压力产生的净流体静力和固定组件228的重量用于将固定组件推向旋转组件226。与该力相对地，固定组件的面和旋转组件的面之间的压力分布用来推动固定组件228远离旋转组件226。密封面208、216之间的流体压力分布的形状是非线性的并且取决于固定组件和旋转组件之间的流动路径的几何形状。因此，压力分布的形状随着固定组件228进一步远离或更接近旋转组件226移动而改变。随着固定组件228进一步远离旋转组件226，压力分布变得更加线性并且所产生的流体静力降低。另一方面，随着固定组件228更靠近旋转组件226移动，压力分布变得更平坦并且所产生的流体静力增加。这种行为被称为“负载支撑”并且使得密封件在密封面208、216之间保持稳定的有限间隙，而与外部施加的负载无关。因此，密封件保持恒定的轴向间隙，使得密封面不接触，磨损最小，并且泄漏率相对恒定。
密封面208、216的轴向位置由支撑环204、222建立。用于旋转组件的支撑环222附接到泵轴230，并且其轴向位置由轴上的肩部206建立。扭矩通过一个或多个键或螺钉218在支撑环222和轴230之间传递，所述键或螺钉218接合支撑环222上的兼容槽。支撑环222接收O形环224，该O形环224与泵轴230接合并形成密封件的高压侧和低压侧之间的静态密封接头。支撑环222还在下支撑环222的顶面上接收O形环220，该O形环220在支撑环222的顶部和面板210的底部之间、在密封件的高压侧和低压侧之间形成静态密封接头。选择O形环220的径向位置，使得由面板210的薄膜表面216上的流体静压力产生的力差大于由面板210的底面上的流体静压力产生的力。净力使得面板210牢固地保持在支撑环222上。还结合薄膜表面216的几何形状选择O形环的径向位置，使得作用在面板210上的净力矩产生面板围绕面板质心的可接受的角度变形，以维持经过密封面208和216之间的流体薄膜的期望的交界面几何形状。支撑环222还接受一个或多个驱动销218，所述驱动销218用于在支撑环222和面板210之间传递扭矩，使得不允许轴230、支撑环222和面板210之间相对旋转。
用于固定组件228的支撑环204保持固定组件面板212与旋转组件226对准并接收动态O形环密封件202，该动态O形环密封件202沿着滑动交界面在固定组件228和壳体插入件200之间衰减密封件的高压侧和低压侧之间的压力。固定组件支撑环204还在其位于面板212附近的面上接收O形环224，并且以与旋转组件支撑环222相同的方式，选择O形环224的径向位置，使得由面板212的薄膜表面208上的流体静压力产生的力差大于由面板212的后表面上的流体静压力产生的力。这样，固定组件面板212保持与固定组件支撑环204牢固接触。结合密封表面208的薄膜表面几何形状也选择O形环224的径向位置，使得作用在面板212上的净力矩产生面板212围绕面板质心的可接受的角度变形，以维持经过密封面208和216之间的流体薄膜的期望的交界面几何形状。固定组件支撑环204还接收一个或多个销(例如旋转组件226中的销218)，所述销防止固定组件面板212和固定组件支撑环204之间的相对旋转。
旋转组件226和固定组件228都具有支撑护罩234、236，该支撑护罩234、236用机械紧固件214固定到支撑环204、222。支撑护罩234、236用于提供它们各自面板212、210的径向对中，以将面板212、210保持在支撑环204、222上以进行组装和启动，以便提供面板O形环224、220的初始压缩，并提供热屏障以保护面板212、210的外表面免受由于过程流体的温度快速变化以及可能改变密封件几何形状和泄漏率的相应的热弹性变形的影响。支撑护罩234、236的尺寸使得在正常操作期间，在面板212、210上的相应肩部与支撑护罩234、236的内表面之间存在小的轴向间隙。
选择面板212、210的形状，使得由压力、机械和热负荷产生的净力矩产生轻微的轴向对称偏转，其使得固定组件面板212和旋转组件面板210的薄膜表面208、216的外边缘轴向距离更近。固定组件面板212具有成型表面208，该成型表面在径向方向上是轴向对称但不一致的。表面轮廓在面板212、210之间产生非线性压力分布，如上所述产生负载支撑。这里描述的优选实施例利用固定组件面板212上的锥形表面208，其在固定组件面板212和旋转组件面板210之间产生会聚角，其中，在外直径处具有最大轴向间隙而在内直径处具有最小轴向间隙，如图6所示。本发明的可替代实施例可以通过利用如图7所示的阶梯表面或如图8所示的非均匀表面纹理来代替锥形薄膜表面或者与锥形薄膜表面结合来实现。由于面板212、210被设计成允许轻微的扭转变形，因此会聚角的大小响应于密封件的过程侧和排出侧之间的压力和温度的差异而变化。设计者可以调整面板212、210的形状和表面轮廓，以实现适合于特定应用的密封泄漏率、温度升高和压力﹣流动关系。
本发明的改进的流体静压机械面密封件与现有技术的偏差之处主要在于陶瓷密封面板212、210被支撑、定向并附接到旋转组件和固定组件的方法不同。现有设计采用“夹紧环”，夹紧环在陶瓷面板上施加机械夹紧力。机械夹紧力由于机械紧固件的预加载和由密封在两个O形环之间的差动区域产生的流体静压力，其朝向密封件的低压侧。夹紧环用于将面板保持在基座上，并且由于面板周边周围的压力分布不均而控制径向锥度变形。现有的布置存在问题，这是因为施加在面板上的夹紧力引起波动和高摩擦载荷，并且还引起与静压夹紧环中的O形环的压缩、摩擦和时间相关行为相关的显著敏感性。这些影响导致密封以潜在的不可预测的方式作出反应。
改进的设计消除了静压夹紧环，并将其用支撑护罩替代，该支撑护罩用于在组装和启动期间将面板固定到基座上。鉴于现有设计依赖于与静压夹紧环接触以将面板固定到基座并且在所有操作模式期间控制径向锥度，改进的设计使得：在正常操作期间，面板不接触支撑护罩。这种方法消除了与静压夹紧环相关的潜在波动、摩擦载荷和O形环灵敏度。为了消除机械夹紧力，改进的密封件已经设计成使得流体静压力仅将面板固定到支撑环并控制径向锥度。这是通过将O形环定位在设计内的面板和支撑环之间来实现的，使得作用在面板的薄膜表面上的流体静压力略大于作用在面板背面上的流体静压力。合成的轴向力产生净载荷，其将面板固定到支撑环而没有利用任何机械夹紧机构或紧固件。通过设计面板的横截面和面形貌来实现径向锥度控制，使得施加的流体静压力产生围绕面板横截面质心的期望扭矩，使得随着压差增加，密件面之间的净会聚径向锥度减小。密封件泄漏率和压力﹣流量关系可由设计者通过修改备用O形环位置、面形貌设计和密封件面的形状来调整，以实现适合特定应用的密封泄漏率。
虽然已经详细描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员将理解的是，可以根据本公开的总体教导开发对那些细节的各种修改和替换。因此，所公开的特定实施例仅仅是说明性的并不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求及其任何和所有等效物的全部范围给出。

Claims (21)

1.泵(14)，包括：
具有轴向长度的可旋转轴(230)；
壳体(232)，所述壳体具有环形内壁，所述环形内壁围绕所述可旋转轴(230)的轴向长度的至少一部分并与其间隔开；
第一密封支撑环(222)，所述第一密封支撑环在两侧具有面，其中，所述第一密封支撑环固定地附接到所述可旋转轴(230)、围绕所述可旋转轴延伸并能与可旋转轴一起旋转，所述第一密封支撑环(222)具有：轴向延伸的第一凸部，所述第一凸部毗邻所述可旋转轴(230)位于所述第一密封支撑环的一个面的径向内端部处或附近；轴向延伸的环形的第一密封支撑环护罩(236)，所述第一密封支撑环护罩位于所述第一密封支撑环(222)的所述一个面的外端部处或附近，其中，在所述第一密封支撑环护罩(236)的周边轴向端部处或附近的唇缘朝向所述可旋转轴(230)延伸，在所述第一密封支撑环(222)的所述一个面中具有在所述第一凸部和所述第一密封支撑环护罩(236)之间延伸的第一环形凹部；
第一面板(210)，所述第一面板在与所述第一密封支撑环(222)上的所述一个面相对的一个端部处被支撑在所述第一凸部的至少一部分上、且与所述可旋转轴(230)间隔开，其中，所述第一面板(210)的所述一个端部基本跨越所述第一环形凹部并且在外侧上具有径向延伸的突伸部，所述突伸部配合在所述第一密封支撑环护罩(236)上的所述唇缘下方，其中，第一凸台位于所述第一密封支撑环护罩上的内壁上或者所述第一面板(210)的外侧上并且位于所述唇缘下方且与所述唇缘间隔开，使得在所述第一密封支撑环护罩(236)和所述第一面板(210)之间形成间隔部，所述第一面板具有与所述一个端部轴向相对、形成第一密封表面(216)的另一端部，其中，所述第一密封表面轴向延伸超过所述第一密封支撑环护罩(236)上的所述唇缘，并且所述第一面板(210)围绕所述可旋转轴(230)延伸并且能与可旋转轴一起旋转，其中，所述第一密封支撑环护罩构造成在泵操作期间限制第一面板的径向向外运动，而不在第一密封表面上施加轴向夹紧力；
第二密封支撑环(204)，所述第二密封支撑环在两侧具有面，其中所述第二密封支撑环(204)以一定轴向移动自由度固定到所述壳体(232)的内部，并且与所述可旋转轴(230)间隔开而且至少部分地围绕所述可旋转轴延伸，所述第二密封支撑环(204)具有：轴向延伸的第二凸部，所述第二凸部毗邻所述可旋转轴(230)位于第二密封支撑环的一个面的径向内端部处或附近；轴向延伸的环形的第二密封支撑环护罩(234)，所述第二密封支撑环护罩位于所述第二密封支撑环(204)的所述一个面的外端部处或附近，其中，所述第二密封支撑环护罩(234)的周边轴向端处或附近的唇缘朝向所述可旋转轴(230)延伸，其中，在所述第二密封支撑环(204)的所述一个面中的第二环形凹部在所述第二凸部和所述第二密封支撑环护罩(234)之间延伸；
第二面板(212)，所述第二面板在与所述第二密封支撑环(204)上的所述一个面相对的一个端部处被支撑在所述第二凸部的至少一部分上、且与所述可旋转轴(230)间隔开，其中所述第二面板(212)的所述一个端部基本上跨越所述第二环形凹部并且在所述第二面板(212)的外侧上具有径向延伸的突伸部，所述突伸部装配在所述第二密封支撑环护罩(234)上的唇缘下方，其中，第二凸台在第二密封支撑环护罩上的内壁或所述第二面板(212)的外侧上、处于所述第二密封支撑环护罩(234)上的唇缘下方并且与其间隔开，使得形成所述第二密封支撑环护罩(234)和所述第二面板(212)之间的间隔部，所述第二面板具有与所述第二面板(212)的一个端部轴向相对、形成第二密封表面(208)的另一端部，其中，所述第二密封表面轴向延伸超过所述第二密封支撑环护罩上的唇缘并且与所述第一密封表面(216)并置，所述第二面板(212)基本上围绕所述可旋转轴(230)延伸并与所述可旋转轴间隔开，其中，所述第二密封支撑环护罩构造成在泵操作期间限制第二面板的径向向外运动，而不在第二密封表面上施加轴向夹紧力。
2.根据权利要求1所述的泵(14)，其中，所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)中的至少一个构造成具有轴向对称但在径向方向上不一致的成型表面，以在所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)之间产生非线性压力分布。
3.根据权利要求1所述的泵(14)，其中，所述第二面板(212)的所述第二密封表面(208)具有的成型表面轴向对称但在径向方向上不一致，以在第一密封表面(216)和第二密封表面(208)之间产生非线性压力分布。
4.根据权利要求1所述的泵(14)，其中，所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)中的至少一个是锥形表面，所述锥形表面在所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)之间产生会聚角，其中，在外直径处具有最大轴向间隙并且在内直径处具有最小轴向间隙。
5.根据权利要求4所述的泵(14)，其中，所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)中的至少一个具有阶梯状表面或不一致的纹理表面。
6.根据权利要求1所述的泵(14)，其中，所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)中的至少一个具有阶梯状表面或不一致的纹理表面。
7.根据权利要求1所述的泵(14)，所述泵包括第一O形环(220)，所述第一O形环在所述第一凸部与所述第一面板(210)的所述一个端部的交界面处围绕所述第一凸部的外表面。
8.根据权利要求7所述的泵(14)，其中，当所述第一面板(210)上的所述径向延伸的突伸部装配在所述第一密封支撑环护罩(236)上的唇缘下方时，在所述泵(14)的操作期间，所述第一密封支撑环(222)和所述第一面板(210)构造成使得基本上没有机械力施加到所述第一面板(210)来将所述第一面板保持在所述第一密封支撑环(222)上，在所述泵操作期间，第一面板上的径向延伸的突伸部不接触所述第一密封支撑环护罩(236)上的所述唇缘。
9.根据权利要求7所述的泵(14)，所述泵包括第二O形环(224)，第二O形环在所述第二凸部与所述第二面板(212)的所述一个端部的交界面处围绕所述第二凸部的外表面。
10.根据权利要求9所述的泵(14)，其中，所述第一密封支撑环(222)包括围绕所述可旋转轴(230)的第一槽，并且第三O形环(202B)在所述第一槽中围绕所述可旋转轴(230)，并且所述第三O形环在所述第一密封支撑环(222)和所述可旋转轴(230)之间形成密封；所述第二密封支撑环(204)包括第二槽，所述第二槽围绕与所述可旋转轴(230)相邻的所述壳体(232)的一部分，第四O形环(202)在所述第二槽内并且在所述第二密封支撑环(204)和所述壳体(232)的所述一部分之间围绕所述壳体(232)的所述一部分，并且所述第四O形环在所述第二密封支撑环(204)和所述壳体(232)的所述一部分之间形成密封。
11.一种流体静压机械面密封件，包括：
第一密封支撑环(222)，所述第一密封支撑环在两侧具有面，其中，第一密封支撑环构造成固定地附接到可旋转轴(230)、围绕所述可旋转轴延伸而且与所述可旋转轴(230)一起旋转，使得除了一些受控泄漏之外，所述流体静压机械面密封件用来在所述第一密封支撑环的外表面上与过程流体基本上隔离，所述第一密封支撑环(222)具有：轴向延伸的第一凸部，所述第一凸部毗邻所述可旋转轴(230)位于所述第一密封支撑环的一个面的径向内端部处或附近；和轴向延伸的环形的第一密封支撑环护罩(236)，所述第一密封支撑环护罩位于所述第一密封支撑环(222)的所述一个面的外端部处或附近，其中，在所述第一密封支撑环护罩(236)的周边轴向端处或附近的唇缘朝向所述可旋转轴(230)延伸，其中，在所述第一密封支撑环(222)的所述一个面中的环形的第一凹部在所述第一凸部和所述第一密封支撑环护罩(236)之间延伸；
第一面板(210)，所述第一面板在与所述第一密封支撑环(222)上的所述一个面相对的一个端部被支撑在所述第一凸部的至少一部分上、且与所述可旋转轴(230)间隔开，其中，所述第一面板(210)的所述一个端部基本跨越所述第一凹部并且在外侧上具有径向延伸的突伸部，所述突伸部装配在所述第一密封支撑环护罩(236)上的唇缘下方，其中，第一凸台位于所述第一密封支撑环护罩(236)上的内壁上或者所述第一面板(210)的外侧上、位于所述唇缘下方且与所述唇缘间隔开，使得在所述第一密封支撑环护罩(236)和所述第一面板(210)之间形成间隔部，所述第一面板具有与所述一个端部轴向相对、形成第一密封表面(216)的另一端部，其中，所述第一密封表面轴向延伸超过所述第一密封支撑环护罩(236)上的所述唇缘，并且所述第一面板(210)构造成围绕所述可旋转轴(230)延伸并且与可旋转轴一起旋转，其中，所述第一密封支撑环护罩构造成在安装有流体静压机械面密封件的泵的操作期间限制第一面板的径向向外运动，而不在第一密封表面上施加轴向夹紧力；
第二密封支撑环(204)，所述第二密封支撑环在两侧具有面，其中，所述第二密封支撑环(204)构造成以一定轴向移动自由度固定到围绕一段可旋转轴的壳体(232)内部，并且与所述可旋转轴(230)间隔开且至少部分地围绕所述可旋转轴延伸，所述第二密封支撑环(204)具有：轴向延伸的第二凸部，所述第二凸部毗邻所述可旋转轴(230)位于所述第二密封支撑环(204)的一个面的径向内端部处或附近；轴向延伸的环形的第二密封支撑环护罩(234)，所述第二密封支撑环护罩位于所述第二密封支撑环(204)的所述一个面的外端部处或附近，其中，在所述第二密封支撑环护罩(234)的周边轴向端处或附近的唇缘朝向所述可旋转轴(230)延伸，其中，在所述第二密封支撑环(204)的所述一个面中的第二环形凹部在所述第二凸部和所述第二密封支撑环护罩(234)之间延伸；
第二面板(212)，所述第二面板在与所述第二密封支撑环(204)上的所述一个面相对的一个端部处被支撑在所述第二凸部的至少一部分上、且与所述可旋转轴(230)间隔开，其中所述第二面板(212)的所述一个端部基本上跨越所述第二环形凹部并且在所述第二面板(212)的外侧上具有径向延伸的突伸部，所述突伸部装配在所述第二密封支撑环护罩(234)上的唇缘下方，其中，第二凸台位于第二密封支撑环护罩上的内壁或所述第二面板(212)的所述外侧上、位于所述第二密封支撑环护罩(234)上的唇缘下方并且与其间隔开，使得在所述第二密封支撑环护罩(234)和所述第二面板(212)之间形成间隔部，所述第二面板具有与所述第二面板(212)的所述一个端部轴向相对、形成第二密封表面(208)的另一端部，其中，所述第二密封表面轴向延伸超过所述第二密封支撑环护罩上的唇缘并且与所述第一密封表面(216)并置，所述第二面板(212)构造成基本上围绕所述可旋转轴(230)延伸并与所述可旋转轴(230)间隔开，其中，所述第二密封支撑环护罩构造成在安装有流体静压机械面密封件的泵的操作期间限制第二面板的径向向外运动，而不在第二密封表面上施加轴向夹紧力。
12.根据权利要求11所述的流体静压机械面密封件，其中，所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)中的至少一个构造成具有成型表面，所述成型表面轴向对称但在径向方向上不一致，以在所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)之间产生非线性压力分布。
13.根据权利要求11所述的流体静压机械面密封件，其中，所述第二面板(212)的第二密封表面(208)具有的成型表面轴向对称但在径向方向上不一致，以在所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)之间产生非线性压力分布。
14.根据权利要求11所述的流体静压机械面密封件，其中，所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)中的至少一个是锥形表面，所述锥形表面在所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)之间产生会聚角，其中，在外直径处具有最大轴向间隙并且在内直径处具有最小轴向间隙。
15.根据权利要求14所述的流体静压机械面密封件，其中，所述第一密封表面(216)和第二密封表面(208)中的至少一个具有阶梯状表面或不一致的纹理表面。
16.根据权利要求11所述的流体静压机械面密封件，其中，所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)中的至少一个具有阶梯状表面或不一致的纹理表面。
17.根据权利要求11所述的流体静压机械面密封件，包括第一O形环(220)，所述第一O形环在所述第一凸部与所述第一面板(210)的所述一个端部的交界面处围绕所述第一凸部的外表面。
18.根据权利要求17所述的流体静压机械面密封件，其中，当所述第一面板(210)上的所述径向延伸的突伸部装配在所述第一密封支撑环护罩(236)上的唇缘下方时，在泵的操作期间，所述第一密封支撑环(222)和所述第一面板(210)构造成使得基本上没有机械力施加到所述第一面板(210)来将所述第一面板保持在所述第一密封支撑环(222)上，在泵操作期间，第一面板上的所述径向延伸的突伸部不接触所述第一密封支撑环护罩(236)上的所述唇缘。
19.根据权利要求17所述的流体静压机械面密封件，包括第二O形环(224)，所述第二O形环在所述第二凸部与所述第二面板(212)的所述一个端部的交界面处围绕所述第二凸部的外表面。
20.根据权利要求19所述的流体静压机械面密封件，其中，所述第一密封支撑环(222)包括构造成围绕所述可旋转轴(230)的第一槽，并且第三O形环(202B)构造成在所述第一槽内围绕所述可旋转轴(230)并在所述第一密封支撑环(222)和所述可旋转轴(230)之间形成密封；所述第二密封支撑环(204)包括第二槽，所述第二槽构造成围绕毗邻所述可旋转轴(230)的所述壳体(232)的一部分，第四O形环(202)构造成在所述第二密封支撑环(204)和所述壳体(232)的所述一部分之间、在所述第二槽内围绕所述壳体(232)的所述一部分，并且所述第四O形环在所述第二密封支撑环(204)和所述壳体(232)的所述一部分之间形成密封。
21.一种受控泄漏的流体静压机械面密封件，包括：
第一密封支撑环(222)，所述第一密封支撑环构造成固定到泵的旋转轴(230)以与所述旋转轴(230)一起旋转，所述旋转轴具有轴向长度；
第一面板(210)，所述第一面板被支撑在所述第一密封支撑环(222)的一侧上，并且在所述第一面板(210)的相对侧上具有第一密封表面(216)；
第二密封支撑环(204)，所述第二密封支撑环构造成以一定程度的轴向移动固定到围绕所述旋转轴(230)的壳体(232)的内部；
第二面板(212)，所述第二面板被支撑在所述第二密封支撑环(204)的一侧上，并且在所述第二面板(212)的相对侧上具有第二密封表面(208)，其中，所述第二密封表面(208)定位成与所述第一密封表面(216)并置；并且
其中，所述第一密封支撑环(222)与所述第一面板(210)之间的第一交界面和所述第二密封支撑环(204)与所述第二面板(212)之间的第二交界面被构造成使得：在安装有流体静压机械面密封件的泵的操作期间，在没有任何机械力施加到所述第一面板(210)或所述第二面板(212)上的情况下，在泵操作期间施加在所述第一密封表面(216)和所述第二密封表面(208)上的流体静压足以将所述第一面板(210)保持在所述第一密封支撑环(222)上并且将所述第二面板(212)保持在所述第二密封支撑环(204)上，其中，在第一密封表面和所述第二密封表面之间具有受控的泄漏路径。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG10201707225UA (en) * 2016-09-23 2018-04-27 Sulzer Management Ag Centrifugal pump for conveying a fluid
US11523657B2 (en) * 2019-05-20 2022-12-13 Nike, Inc. Foot support systems including fluid movement controllers
US20210156390A1 (en) * 2019-11-27 2021-05-27 Westinghouse Electric Company Llc Contacting seal arrangement for low and high pressure applications
KR102268267B1 (ko) * 2020-12-30 2021-06-22 한전케이피에스 주식회사 원자로 냉각재 펌프축의 메커니컬 씰 세팅 지그 및 이를 이용한 메커니컬 씰 세팅 방법
CN115059622B (zh) * 2022-06-27 2023-07-11 南京科技职业学院 一种含有防砂功能的潜水排污泵
CN115045937B (zh) * 2022-06-27 2023-07-25 南京信息工程大学 一种± 360°转台机械限位机构及方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3347552A (en) 1964-06-04 1967-10-17 Westinghouse Electric Corp Controlled leakage face type seals
ES159807Y (es) 1968-01-15 1971-04-16 Westinghouse Electric Corporation Una junta para limitar el flujo de fluido a lo largo de unaeje giratorio.
US3522948A (en) 1968-05-16 1970-08-04 Westinghouse Electric Corp Variable flow path seal
US3632117A (en) 1969-05-15 1972-01-04 Westinghouse Electric Corp Seal lift-off mechanism
BE790561A (fr) 1971-10-27 1973-04-26 Westinghouse Electric Corp Appareils de commande et de regulation de la pression de fluides
DE2315190B2 (de) * 1973-03-27 1978-04-20 Klein, Schanzlin & Becker Ag, 6710 Frankenthal Hydrostatische Gleitringdichtung
DE2600505C3 (de) 1976-01-08 1981-03-12 Klein, Schanzlin & Becker Ag, 6710 Frankenthal Hydrostatische Wellenabdichtung
US4275891A (en) 1979-08-14 1981-06-30 Westinghouse Electric Corp. Face type shaft seal for liquid metal pumps
US4693481A (en) * 1985-05-31 1987-09-15 Westinghouse Electric Corp. Film-riding shaft seal formed from high-purity silicon nitride
US4792146A (en) 1987-02-17 1988-12-20 University Of New Mexico Radially compliant - zero net thermal radial taper mechanical face seal
US4838559A (en) * 1987-06-17 1989-06-13 Westinghouse Electric Corp. Reactor coolant pump hydrostatic sealing assembly with improved hydraulic balance
US4848774A (en) 1987-08-31 1989-07-18 Westinghouse Electric Corp. Reactor coolant pump hydrostatic sealing assembly with externally pressurized hydraulic balance chamber
US5171024A (en) 1988-05-23 1992-12-15 Westinghouse Electric Corp. Reactor coolant pump shaft seal utilizing shape memory metal
DE102004003459B4 (de) * 2004-01-22 2009-07-02 GAT Gesellschaft für Antriebstechnik mbH Gleitringfixierung
GB0805864D0 (en) * 2008-04-01 2008-04-30 Crane John Uk Ltd Internally pressurised seals
TWM348160U (en) 2008-06-02 2009-01-01 Cheng-Chin Kung Shaft seal of pump
JP4968952B2 (ja) * 2008-09-29 2012-07-04 日立建機株式会社 転圧機械のポンプ装置
US8356972B2 (en) 2008-12-10 2013-01-22 Westinghouse Electric Company Llc Thermally activated shutdown seals for rotatable shafts
US8814497B2 (en) * 2009-04-30 2014-08-26 Geraete- Und Pumpenbau Gmbh Dr. Eugen Schmidt Switchable coolant pump
JP5586525B2 (ja) 2011-05-16 2014-09-10 イーグル工業株式会社 メカニカルシール用シャットダウンシール
US9206812B2 (en) 2013-03-13 2015-12-08 Westinghouse Electric Company Llc Pump seal with thermal retracting actuator
US9217441B2 (en) 2013-08-20 2015-12-22 Westinghouse Electric Company Llc Pump seal with thermal retracting actuator
US9206791B2 (en) 2013-03-13 2015-12-08 Westinghouse Electric Company Llc Pump seal with thermal retracting actuator
CN103486270B (zh) * 2013-09-20 2015-07-08 丹东克隆集团有限责任公司 核电余热排出泵用机械密封装置
WO2015095847A1 (en) 2013-12-20 2015-06-25 International Pump Solutions, Inc. Double mechanical seal for centrifugal pump

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